[發(fā)明專(zhuān)利]石墨烯-碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂非線性導(dǎo)電復(fù)合材料及制法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010975835.4
• 申請(qǐng)日: 2020-09-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112080106B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曲兆明;王慶國(guó);袁揚(yáng);王妍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍陸軍工程大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C08L63/00
• 分類(lèi)號(hào): C08L63/00;C08K9/02;C08K9/06;C08K3/04;C08G59/50
• 代理公司: 河北冀華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 13151
• 代理人: 王占華

本發(fā)明公開(kāi)了一種石墨烯?碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂非線性導(dǎo)電復(fù)合材料及制法，涉及非線性導(dǎo)電復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。將MWCNTs放入濃硝酸濃硫酸混合溶液中，65℃攪拌4h，冷卻加KOH溶液調(diào)pH值為7，抽濾洗滌，濾餅冷凍干燥，得酸化MWCNTs；將KH560與無(wú)水乙醇混合，加入GO和酸化MWCNTs，分散，80℃攪拌4h；抽濾洗滌，濾餅冷凍干燥，得KGO?KMWCNT；抽濾洗滌，濾餅冷凍干燥，得GNPs?CNTs；將GNPs?CNTs與無(wú)水乙醇混合，加E?51分散，80℃攪拌，去除無(wú)水乙醇；加固化劑，攪拌，抽氣泡，得固化成型的復(fù)合材料。該制法步驟簡(jiǎn)單且效果良好；所制得的復(fù)合材料具有良好的非線性導(dǎo)電行為。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非線性導(dǎo)電復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種石墨烯-碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂非線性導(dǎo)電復(fù)合材料及制法。

背景技術(shù)

碳納米管是在1991年由日本NEC公司的科學(xué)家S.Iijima在使用高分辨透射電子顯微鏡研究真空條件下電弧蒸發(fā)石墨的產(chǎn)物時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)的納米尺寸管狀物。

碳納米管以其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)和光學(xué)等性質(zhì)，及其了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注和研究。聚合物基碳納米管復(fù)合材料將聚合物基體和碳納米管兩者的優(yōu)異性能相結(jié)合，在超級(jí)電容器、太陽(yáng)能電池、環(huán)境污染治理和電化學(xué)傳感器等多當(dāng)面擁有巨大的發(fā)展前景。

Sandler等成功制備了碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，電學(xué)性能測(cè)試表明當(dāng)碳納米管的填充體積分?jǐn)?shù)僅為0.1%時(shí)，復(fù)合材料電導(dǎo)率就可提高4個(gè)數(shù)量級(jí)，其逾滲閾值低于炭黑/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，具有很好的靜電屏蔽功能。Qian等采用溶液共混法成功制備了碳納米管/聚苯乙烯復(fù)合材料，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)碳納米管的填充量為1%wt時(shí)，復(fù)合材料的彈性模量比純聚苯乙烯材料提高了40%，拉伸強(qiáng)度提高了25%。Biercuk等成功制備了碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料并對(duì)其熱性能進(jìn)行了研究，當(dāng)碳納米管的填充量為1wt%時(shí)，復(fù)合材料的室溫導(dǎo)熱系數(shù)是純環(huán)氧樹(shù)脂的2.25倍，并擁有較高的熱穩(wěn)定性。

聚合物基碳納米管復(fù)合材料的制備與研究在近年來(lái)發(fā)展迅速，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種石墨烯-碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂非線性導(dǎo)電復(fù)合材料及制法，該制法步驟簡(jiǎn)單且效果良好，GNPs、CNTs與環(huán)氧樹(shù)脂基體均能良好的結(jié)合與兼容，符合非線性導(dǎo)電復(fù)合材料對(duì)填料的特性需求，所需的填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，大大節(jié)約了材料的制作成本和周期。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種石墨烯-碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂非線性導(dǎo)電復(fù)合材料制法，包括如下步驟：

（1）將多壁碳納米管MWCNTs粉體放入濃硝酸和濃硫酸的混合溶液中，加熱至65℃并攪拌4h，溶液冷卻后，加入KOH溶液調(diào)pH值為7，抽濾洗滌，濾餅冷凍干燥，得到酸化MWCNTs；

（2）將環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑KH560與無(wú)水乙醇混合，分散后得到KH560偶聯(lián)劑分散液；向其中加入氧化石墨烯GO，分散后，加入酸化MWCNTs并繼續(xù)分散，然后加熱至80℃攪拌4h；抽濾洗滌，濾餅冷凍干燥，得到改性氧化石墨烯+改性酸化多壁碳納米管KGO-KMWCNT；

（3）將KGO-KMWCNT和無(wú)水乙醇混合，分散后，加入水合肼溶液，加入KOH溶液使體系的pH值為堿性，加熱至90℃攪拌6h；抽濾洗滌，濾餅冷凍干燥，得到石墨烯-碳納米管復(fù)合粒子GNPs-CNTs；

（4）將GNPs-CNTs與無(wú)水乙醇混合并分散后，加入環(huán)氧樹(shù)脂E-51分散，加熱至80℃并攪拌，使得GNPs-CNTs與環(huán)氧樹(shù)脂均勻混合，并將無(wú)水乙醇完全去除；最后加入固化劑2-乙基-4-甲基咪唑，攪拌，抽氣泡后固化，得到固化成型的GNPs-CNTs/ER復(fù)合材料；

GO與酸化MWCNTs的質(zhì)量比為1:2、1:1和2:1；

石墨烯-碳納米管/環(huán)氧樹(shù)脂非線性導(dǎo)電復(fù)合材料中石墨烯-碳納米管填充質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%-1.0%。